3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解docx

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  气化的限定化学特性是使给料部分氧化;在燃烧中,给料完全氧化,而在热解中,给料在缺少O2的情况下经过热降解。

  气化的氧化剂是O2或空气和,一般为蒸汽。蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用;因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应(即吸收热)。空气或纯O2的选择依几个因素而定,如给料的反应性、所产生的气体用途和气化炉的类型。

  气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气,用于民用照明和供暖。虽然在中国(及东欧)气化仍有上述用途,但在大多数地区,由于可利用天然气,这种应用已逐渐消亡。最近几十年中,气化大多数都用在石化工业,将各种碳氢化合物流转换成合成气,如为制造甲醇,为生产NH3提供

  (SNG)(至今未有商业化应用,但在70年代末和80年代初已受到重视)。

  有多种不同的气化工艺。这些工艺在某些方面差别很大,例如,技术设计、规模、参考经验和燃料处理。最实用的分类方法是按流动方式分,即按燃料和氧化剂经气化炉的流动方式分类。

  为固动床)。流化床气化炉完全类似于流化床燃烧器;气流床气化炉的原理与粉煤燃烧类似,而移动床气化炉与层燃类似。每种类型的特性比较见表1。

  在一台气流床气化炉内,粉煤或雾化油流与氧化剂(典型的氧化剂是氧)一起汇流。气流床气化炉的主要特性是其温度非常高,且均匀(一般高于1000D,气化炉内的燃料滞留时间很短。由于这一原因,给进气化炉的固体必须被细分并均化,就是说气流床气化炉不适于用生物质或废物等类原料,这类原料不易粉化。气流床气化炉内的高温使煤中的灰溶解,并作为熔渣排出。气流床气化炉也适于气化液体,如今这种气化炉主要在炼油厂应用,气化石油原料。

  现在,运营中的或在建的几乎所有煤气化发电厂和所有油气化发电厂都已选择气流床气化炉。气流床气化炉包括德士古气化炉、两种类型的谢尔气化炉(一种是以煤为原料,另一种以石油为原料)、Prenflo气化炉和Destec气化炉。其中,德士古气化炉和谢尔油气化炉在整个世界已有

  在一个流化床内,固体(如煤、灰)悬浮在一般向上流动的气流中。在流化床气化炉内,气体流包含氧化介质(一般是空气而非02)。流化床气化炉的重要特点(像流化床燃烧器一样)是不能让燃料灰过热,以至熔化粘接在一起。假如燃料颗粒粘在一起,则流化床的流态化作用将停滞。空气作为氧化剂的作用是保持温度不高于〜1000C。这表示流化床气化炉最适合用比较易反应的燃料,如生物质燃料。

  流化床气化炉的优点包括能接受宽范围的固体供料,包括家庭垃圾(经预先适当处理的)和生物质,如木柴,灰份非常高的煤也是受欢迎的供料,尤其是那些灰熔点高的煤,因为别的类型的气化炉(气流床和移动床)在熔化灰形成熔渣中损失大量能。

  流化床气化炉包括高温温克勒(HTW),该气化炉由英国煤炭公司开发,目前由MitsuiBabcock能源有限公司(MBEL)销售,作为吹空气气化联合循环发电(ABGC)的一部分。在运转的大型流化床气化炉相对较少。流化床气化炉不适用液体供料。

  生的粗燃料气通过固体燃料床向上移动,随着床底部的供料消耗,固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在粗燃料气流经床层时,被进来的给料冷却,而给料燥和脱去挥发分。因此在气化炉内上下温度显着不同,底部温度为1000C或更高,顶部温度大约500C。燃料在气化过程中脱除挥发分意味着输出的燃料气含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料气在出口处用水洗来除去焦油。其结果是,燃料气不需要在合成气冷却器中来高温冷却,假如燃料气来自气流反应器,它就需冷却。移动床气化炉为气化煤而设计,但它也能接受其他固体燃料,比如废物。

  有两项主要的移动床气化炉技术。20世纪30年代开发出早期的鲁尔干法排灰气化炉,已大范围的应用于城市煤气的生产,在南非用于煤化学品生产。在该气化炉内,床层底部温度保持在低于灰熔点,这样煤灰就可作为固体排出。20世纪70年代,鲁尔公司,然后是英国煤气公司(现在的BGplc)开发了底部温度足以使灰熔化的液态排渣炉。这种气化炉称为BGL(BG-Lurgi)气化炉。目前,有几台BGL气化炉在电厂安装,用来气化固态废料和共同气化煤和废物。

  BGL气化炉最初开发于20世纪70年代,用来提供一种高甲烷含量的合成气,为用煤生产代用天然气

  (SNG)提供一种有效方法。这种气化炉15年以前由英国煤气公司在法夫的Westfield开发中心开发的,开始是为试验用该工艺生产SNG的适用性,后来用于IGCC。

  块煤和像石灰石这样的助熔剂送入一闸斗仓,定期往气化炉的顶部送料(见图1)。一个缓慢旋转的分配器盘将煤均匀地分布在床的顶层。对于粘结性煤给料,分配器被联接到一搅拌器,也维持床层均匀,和防止煤团聚。当床层下降,煤料经过一些反应。这些反应能在燃料床的不同高度分成三个层:上层煤燥和脱挥发分;中层被气化;低层被燃烧,产生的CO2作为中段的气化剂。O2和蒸汽经床底部喷咀(喷口)加入。产生的熔渣在气化炉底部形成熔渣池,定期排出。

  气化炉容器有耐火材料衬里,以防止床层过多热量损失。由于耐火材料被煤床本身与床层的最热部分(喷口的顶端)隔开,因此不经受高温。

  气体在450-500C的温度离开气化炉,气体中含有因煤脱挥发分而产生的焦油和油以及从床层淘析出的煤粉。这由安装在气体出口的淬冷容器脱除。气体同时由一水淬冷装置冷却和清洁。然后气体通过一系列交换器,使气体在脱硫前冷却到室温。气体中脱除的焦油和水转入一个分离器,焦油和煤尘从那里再循环到气化炉的喷咀(一部分可加在气化炉上部,用来抑制煤尘的扬析)。

  值(CV)的大部分在气体中作为化学能出现,而非热能。这样,BGL气化炉不像其他气化炉中的谢尔和德士古系统那样要求有高温热交换器。因此,气化区和CCGT装置很少紧密结合,因为气体冷却系统不直接与蒸气轮机循环结合。BGL系统同气流床系统相比,燃气轮机产生的电力较多,蒸气轮机产生的电力较少。

  BGL气化炉能处理给入气化炉顶部的块状供料里含的大量粉煤(即6mm),取决于煤的粘结性,、高粘结性煤,其高达35%可作为粉煤给料。但是,原煤一般按重量计含有40-50%的粉煤。因此,气流床气化炉所有用煤要先经研磨,在BGL装置,煤要先经筛分。BG实验了气化炉利用粉煤的多种方式,将粉煤送入风咀,或干法输送,或以煤浆形式,或用沥青作为粘结剂将它们压制成型煤。

  目前,由法夫电厂再度交付使用的Westfield的现有的、备用的气化炉作为电厂的一部分将用煤和污泥发电120MWe。法夫电厂已申请建立第二座较大(400MWe)电厂,使用煤和城市固态废料(MSW)来发电。

  该工艺最初由Dow化学公司于20世纪70年代开发。随着中试规模和样机试验,1984年决定在Dow的普莱克明(路易斯安那)化学联合企业建立商业化装置,1987年该装置投入运营。1989年,Dow将气化和其余电力从公司脱离出,另成立一公司,80%由Dow所有,称为Deslec公司。同时,该技术已被选来用于印第安纳州的沃巴什河的IGCC电厂增容项目。

  在气化炉的下(第一)段有两个气化燃烧器,在上段有煤的进一步喷入点。煤制成约60%固体(按重量计)的浆状。大约80%的煤浆同O2一起注入到下段的两个燃烧器中,在约1350-1400C和大约30巴压力下不完全燃烧。煤中的灰熔化,下落至容器并经排放口进入水冷却装置。在第一段形成的燃料气向上流动到气化炉的第二段,剩余的20%煤浆在第二段注入和反应,经热解和气化,并将气体冷却到大约1050C。这两段